Для охлаждения циркуляционной воды применяются следующие устройства: брызгальные бассейны с форсунками, охлаждающие пруды, открытые башенные градирни с естественным продуванием воздуха, вентиляторные градирни.
Брызгальные бассейны применяются для крупных холодильных установок с большим количеством циркулирующей воды.
Для теплового конструкторского расчета охладителя должны быть заданны следующие величины:
- гидравлическая нагрузка, Gж, кг/с или м3/с;
- тепловая нагрузка Q, Вт или ширина зоны охлаждения:
°С;
- параметры наружного воздуха: температура θ1=17,2 0С, относительная влажность воздуха φ1 = 72%.
6.1 Определение тепловой нагрузки
Охлаждающая вода используется в дефлегматоре, конденсаторе и абсорбере.
Тепловая нагрузка составляет:
дефлегматор: QR = 602,6 кВт.
конденсатор: QК = 3539,9 кВт;
абсорбер: QА = 4612,8 кВт.
Общая нагрузка:
Q = QR + QK + QA, кВт; (45)
Q = 602,6 + 3539,9+ 4612,8 = 8755,3 кВт.
6.2 Определение гидравлической нагрузки
Расход воды определяется по формуле:
, кг/с; (46)
где 
- ширина зоны охлаждения, 0С;
Св – теплоемкость воды при средней температуре; Св = 4,19кДж/(кг·К).
Средняя температура охлаждающе воды:
, °С; (47)
°С.
Расход воды составит:
на дефлегматор: 
кг/с; (48)
на конденсатор: 
кг/с; (49)
на абсорбер: 
кг/с. (50)
Общий расход воды: Gж = Gr + Gk + Ga, кг/с; (51)
Gж =14,38+84,48+110,09=208,95 кг/с.
Объемный расход воды:
, м3/с; (52)
где 
- плотность воды при 
°С, кг/м3. r = 996,5 кг/м3.
м3/с.
6.3 Расчет вентиляторной градирни
Рисунок 3 – Распределение потоков влагосодержания и энтальпии воздуха
Расход воздуха на градирню определяется из уравнения теплового баланса градирни [8]:
кВт, (53)
где Q – тепловая нагрузка градирни, кВт;
Св – теплоемкость воды, кДж/(кг*К);
|
|
А – коэффициент, принимаемый равным 0,96 [8];
По температуре наружного воздуха и относительной влажности определяем:
Влагосодержание воздуха, поступающего в градирню:
, кг/кг; (54)
где В – барометрическое давление, Па;
Рнас1 – давление насыщенного водяного пара при температуре Ө1 = 17,2 °С, Па [8].
;
Энтальпия воздуха на входе в градирню:
, кДж/кг; (55)
кДж/кг.
Температура воздуха на выходе из градирни θ2 при относительной влажности φ2 = 100% может быть определена по формуле:
, °С; (56)
где 
- упругость пара при температурах воды t1 и t2, Па;
Р1, Р2 – парциальное давление водяного пара в воздухе при температурах θ1 и θ2, Па;
Р1 = φ1∙Рнас1 = 0,72∙1960=1411,2 Па.
,
где 
- упругость пара при средней температуре охлаждаемой и охлаждённой воды, Па.
Па.
Решение уравнения относительно θ2 производится подбором и построением графика θ2расч = f(θ2прин). Точка пересечения полученной кривой с прямой линией, проходящей через начало координат под углом 45° к осям, определит искомое значение θ2.
Задаёмся θ2 = 18 °С (Р2 = 2061 Па):
,
кг/кг,
°С.
Задаёмся θ2 = 20 °С (Р2 = 2336 Па):
кг/кг,
°С.
Задаёмся θ2 = 22 °С (Р2 = 2642 Па):
кг/кг,
°С.
Задаёмся θ2 = 24 °С (Р2 = 2981 Па):
кг/кг,
°С.
Таблица 3 – Данные для построения зависимости θ2расч = f(θ2прин)
| θ2прин, °С | θ2расч, °С |
| 20,06 | |
| 21,07 | |
| 22,10 | |
| 23,14 |
Рисунок 4 – График зависимости θ2расч = f(θ2прин)
По графику определяем искомое θ2 = 22 °С.
Теоретический относительный расход воздуха через градирню равен:
, кг/кг; (57)
где k - коэффициент, учитывающий долю тепла, отведенного от воды за счет частичного испарения;
|
|
i2, x2 – энтальпия и влагосодержание воздуха на выходе из градирни при φ2=100%, кДж/кг и кг/кг.
Влагосодержание воздуха при θ2 = 22 °С и φ2 = 100%:
кг/кг. (58)
Теплосодержание воздуха при θ2 = 22 °С и φ2 = 100%:
кДж/кг. (59)
Тогда k равен:
, (60)
.
Теоретический относительный расход воздуха через градирню равен:
кг/кг. (61)
Теоретический расход воздуха:
, кг/с; (62)
кг/с;
В приближенных расчетах действительный расход воздуха принимают равным теоретическому.
Поверхность охлаждения:
, м2; (63)
где βр – коэффициент массоотдачи, отнесённый к разности парциальных давлений, кг/(м2∙с∙Па);
∆Рср – средняя разность парциальных давлений, Па.
Величина ∆Рср определяется по формуле:
Па; (64)
где ∆Р1 = 
- разность парциальных давлений пара на стороне входа воды, Па;
∆Р2 = 
- разность парциальных давлений пара на стороне выхода воды, Па;
Па - давление насыщенного водяного пара при температуре воды t1 = 30 °С;
Па - давление насыщенного водяного пара при температуре воды t2 = 20 °С;
Па - давление насыщенного водяного пара при средней температуре воды tср = 25 °С;
Р1 и Р2 – парциальные давления пара на входе и выходе;
Р1 = φ1∙Рнас1 = 0,72∙1960 = 1411,2 Па; (65)
Рнас1 – давление насыщенных водяных паров при θ1 = 17,2 °С, Рнас1 = 1960 Па;
Р2 = φ2∙Рнас2 = 1∙2642 = 2642 Па; (66)
Рнас2 – давление насыщенных водяных паров при θ2 = 22°С, Рнас2 = 2642 Па.
∆Р1 = 
Па; (67)
∆Р2 = 
Па. (68)
Па.
Для определения 
используем формулу [7]:
; (69)
где 
- эквивалентный диаметр канала, м; d=2·b, где b=0,02 – 0,05 м [8];
|
|
b – расстояние между щитами принимаем 0,02 м, тогда dэ = 0,04 м.
- коэффициент диффузии, отнесенный к градиенту парциального давления, кг/м*с*Па.
Коэффициент диффузии определим [8]:
, кг/м∙с∙Па; (70)
где Т – абсолютная средняя температура воздуха в градирне, К;
К. (71)
Тогда:
кг/м∙с∙Па.
A,n – коэффициенты в критериальном уравнении, которые выбираются в зависимости от режима движения:
, (72) 
м2/с - коэффициент кинематической вязкости воздуха при средней температуре воздуха в градирне, м2/с; 
°С.
Таблица 4 – Зависимость коэффициентов A, n от режима движения.
| Re<104 | A = 0,0008 | n = 1,18 |
| Re>104 | A = 0,028 | n = 0,8 |
Скорость воздуха определяется относительно поверхности движущейся плёнки, то есть при противотоке:
м/с; (73)
- абсолютная скорость воздуха, м/с;
- скорость жидкостной пленки, м/с;
Величина 
может быть найдена в зависимости от гидравлической нагрузки и средней температуры воды ( = 0,2 ÷ 0,25 м/с), принимаем = 0,25 м/с.
Скорость воздуха определим::
, м/с; (74)
где 
- величина удельной гидравлической нагрузки на 1 погонный метр каждой стороны щитов;
rв - плотность воздуха при средней температуре, кг/м3; rв = 1,206 кг/м3 [8].
м/с;
м/с.
Тогда:
.
Так как Re<104, то:
;
;
кг/(м2∙с∙Па).
Найдем поверхность охлаждения:
м2.
6.4 Определение основных размеров оросителя
Проходное сечение для воздуха:
м2. (75)
где 
- расход воздуха по тепловому расчету, кг/с.
Общая высота оросителя(щитов):
м; (76)
где 
- коэффициент, учитывающий влияние неравномерности распределения воды и воздуха, принимается равным 1,1-1,3.
м2.
Активная площадь оросителя при щитовой конструкции:
, м2; (77)
где 
- коэффициент, учитывающий площадь, занятую под стойками, колоннами и другими элементами строительной конструкции; =1,1-1,2;
δ – толщина щита, м; примем δ = 0,02 м.
м2.
6.5 Аэродинамический расчет градирни
Аэродинамическое сопротивление градирни:
, Па; (78)
Па.
Объёмный расход воздуха, проходящего через градирню:
м3/с. (79)
Для вентиляторной градирни определяем мощность, потребляемую вентилятором в расчетном режиме:
, кВт; (80)
где 1000 – коэффициент перевода Вт в кВт;
n – число вентиляторов;
- КПД вентилятора с редуктором и приводным электродвигателем, 0,75-0,85.
кВт.
Заключение
В результате проделанной работы были выполнены расчет процесса холода на 
диаграмме, определение тепловых нагрузок аппаратов. Было выбрано основное и вспомогательное оборудования АХМ. Произведен выбор водоохлаждающего устройства.
Принимаем конденсатор КТГ-400 с поверхностью охлаждения 400 м2.
Количество трубок 870, диаметр трубок и толщина стенки составляет 25х2,5мм.
В качестве водоохлаждающего устройства выбрана вентиляторная градирня.